Optimización del proceso de hidrosililación de siliconas con catalizadores de platino

La silicona es un material ideal para multitud de aplicaciones en el ámbito sanitario, por su flexibilidad, su estabilidad térmica y su excelente compatibilidad química con la mayoría de los productos farmacéuticos y alimentarios.

Los tubos de silicona de aplicación en el sector sanitario se fabrican en salas blancas, siguiendo un proceso de vulcanización a elevada temperatura y una etapa final de post-curado. Esta etapa adicional resulta muy crítica en el proceso de fabricación de los tubos de silicona, ya que se cree que mejora las características físicas del elastómero, al asegurar que la reacción de vulcanización sea completa. Pero por contra comporta un importante descenso de la productividad, al incrementar los tiempos del proceso de fabricación de la silicona elastomérica, y además hace imposible que se pueda automatizar el proceso global de fabricación de estos tubos.

El mecanismo de vulcanización más utilizado en el sector farmacéutico es el curado por adición, que precisa de un catalizador metálico, normalmente de platino, que tenga una excelente actividad catalítica, así como una vida útil razonable. El catalizador más destacado en la industria es el de Karstedt, pero su uso está limitado por su facilidad para formar platino coloidal.

La Dra. Anna del Pino defendió hace unos días su tesis doctoral en Química e Ingeniería Química, bajo el titulo Optimization of platinum-based silicone’s hydrosilylation for hose manufacturing. La tesis, realizada en el Departamento de Ingeniería Química y Ciencia de Materiales de IQS School of Engineering bajo la dirección de los profesores Dr. Salvador Borrós, Dra. Núria Agulló y Dr. David Sánchez, se ha llevado a  cabo dentro del Plan de Doctorados Industriales de la Generalitat de Catalunya, en la modalidad de cofinanciación entre IQS School of Engineering (Universidad Ramón Llull) y la empresa Venair Ibérica.

Un nuevo catalizador y un proceso más simplificado

El objetivo de la investigación ha sido, por un lado, el diseño de un nuevo catalizador, llamado BAS 2.0, basado en platino y alternativo al comercial (Karstedt), que evita la formación de platino coloidal y es apto para ser utilizado en la obtención de silicona de grado alimentario. El nuevo catalizador diseñado ha resultado viable económicamente, de coste similar al comercial, y se puede fabricar a escala industrial. Además, el proceso de curado de la silicona con este nuevo catalizador se ha visto reducido en tiempo, siendo posible obtener un producto de características mecánicas similares al obtenido utilizando los catalizadores comerciales basados en el de Karstedt, sin necesidad de realizar grandes modificaciones en la línea de producción.

En lo referente a la etapa de post-curado, se trata de un proceso necesario en el que se eliminan compuestos volátiles y se asegura que la reacción de vulcanización ha sido completa, garantizando así las exigencias de calidad tanto del Instituto BfR como las de la FDA, en cuanto al contenido de compuestos volátiles que puedan migrar desde la superficie de la silicona a los productos alimentarios. Ahora bien, el post-curado es un ‘cuello de botella’ que no permite la automatización del proceso completo de fabricación.

En esta investigación, se ha comprobado que el proceso de post-curado, utilizado hasta ahora en el proceso productivo de la empresa, no tenía como objetivo mejorar las propiedades mecánicas del elastómero de silicona. Así, el proceso de post-curado no implica ningún proceso que tenga que ver con el grado de reticulación que adquiere el material o con la cinética de la reacción de curado por adición. Mediante análisis por GC/MS, se ha demostrado que esta etapa está relacionada exclusivamente con la eliminación de los oligómeros cíclicos de siloxano, presentes en la materia prima. Estos compuestos volátiles no participan activamente en el proceso de curado por adición y, por tanto, no tienen relación con el sistema catalítico utilizado.

En lugar de centrarse en el catalizador para evitar esta etapa adicional, se ha propuesto una etapa previa de eliminación de estos volátiles, mucho más eficiente, que permitiría prescindir de esta etapa adicional del proceso productivo de tubos de silicona, al obtener de nuevo una silicona curada de características similares a las del producto comercial, que cumple con los requisitos de la normativa FDA.

En opinión de Norma Ferrer, R&D Manager de Venair, “esta tesis ha supuesto un reto para Venair. Era el primer doctorado industrial que realizábamos y ha sido muy satisfactorio. Poder contar con el conocimiento de los profesores de IQS y con sus instalaciones ha sido muy enriquecedor. Gracias a esta tesis, la empresa ha adquirido nuevos conocimiento relevantes y el ‘know-how’ para hacer nuestro propio catalizador de platino”.